Измеритель активной мощности
О П И С А Н И Е 1 >9511
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 12.09.80 (2!) 2982787/18-21
6 01 R 2106 с присоединением заявки .Ня—
ГооударстнснныН квинтет
СССР но делам нэавретеннй н открытнй (23) Прноритет
Опубликовано 15.08.82. Бюллетень М 30
Дата опубликования описания 15.08.82 (53) УДК 621.317. .382.016 (088.8) »»»»»..
» (72) Автор изобретения
В. В. Иванютин (7l) Заявитель
Куйбышевский электротехнический институт связи (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в радиотехнике и гидроакустике для измерения активной мощности в диапазоне звуковых, ультразвуковых и радиочастот.
Известен измеритель активной мощности, содержащий преобразователь тока, преобразователь напряжения, измерительный преобразователь, представляющий собой перемножитель на эффекте Холла, преобразователь измеритель ного сигнала с усилителем и фильтром низких частот, блок урравления и стрелочный индикатор (1 j.
Недостатками его являются узкий частотный диапазон, ограниченный, ввиду использования в измерительном преобразователе электромагнита, единицами мегаГерц, и низкая точность, определяемая малой чувствительностью датчиков Холла и нелинейными свойствами контактов этих датчиков.
Известен также измеритель активной мощности, содержащий измерительный преобразо:ватель, первый и второй входы которого через преобразователи тока и напряжения под ключены к входным шинам тока и напряже ния, а выход через преобразователь иэмеритель1 ного сигнала подключен к регистратору (2).
Недостатки известного устройства — низкая точность и узкий частотный диапазон.
Целью изобретения является повышение тоъ ности и расширение частотного диапазона
Поставленная цель достигается тем, что в измерителе активной мощности, содержащем измерительный преобразователь, первый и
10 второи входы которого через преобразователи тока и напряжения подключены к входным шинам тока и напряжения, а выход через преобразователь измерительного сигнала подключен к регистратору, измерительный преоб»
15 раэователь состоит из полевого транзистора, делителя напряжения, преобразователя напряжение — ток, корректора, аналогового сумматора и фильтра низкой частоты, причем затвор полевого транзистора через вклюяенные последовательно аналоговый сумматор и корректор подключен к первому входу измерительного преобразователя, второй вход аналогового сумматора соединен с выхолом
951 делителя напряжения, вход которого подключен к второму входу измерительного преобразователя и через преобразователь напряжения — ток — к стоку полевого транзистора и входу . фильтра низкой частоты, выход которого подключен к выходу измеритель ного преобразователя, исток полевого транзистора соединен с общей шиной.
На чертеже представлена схема измерителя активной мощности.
Измеритель активной мощности содержит преобразователь 1 напряжения, преобразователь
2 тока, преобразователь 3 измерительного сигнала, регистратор 4, измерительный преобразователь 5, включающий полевой транзистор
6, аналоговый сумматор 7, корректор 8, делитель 9 напряжения, преобразователь 10 напряжение — ток, фильтр 11 низкой частоты.
Измеритель активной мощности работает следующим образом.
Преобразователь 2 тока линейно преобразует входной ток IBg измерителя активной мощности во входное напряжение О> измерительного преобразователя 5. Преобразователь
1 напряжения линейно преобразует входное 25 напряжение Овх измерителя активной мощности во входное напряжение U, Измерительного преобразователя 5.
Измерительный преобразователь 5 осуществляет преобразование напряжений 0 и 02 в напряжение U измерительного сигнала в соответствии с выражением U = xqUIUq, . где к — коэффициент преобразования измерительного преобразователя, а черта над произведением 0 и Оз означает нахождение среднего значения этого произведения, которое пропорционально активной мощности, посколь4 ку активная мощность . т
« =1 ьх" ьх = T 11 вх"ьх
Преобразователь измерительного сигнала 3 преобразует измерительный сигнал 0 в сигнал, несущий информацию о мощности, поступающий на вход регистратора 4, по которому производится отсчет мощности. Форма этого сигнала определяется типом регистратора
Принцип работы измерительного преобразователя 5 заключается в следующем.
Сопротивление канала исток — исток полевого транзистора 6 складывается иэ суммы сопротивлений отдельных участков канала, расположенных между выводами истока и стока. Величина проводимости 6 каждого участка канала описывается соотношением
G =. 6о(1 — -тГх). Здесь х — отношение суммы напряжения Оп, приложенного к р-и-переходу транзистора па данном участке канала с длиной И, и контактной разности по.
167 4 тенцИалов ф к сумме напряжения перекрытия Vo канала и контактной разности потенциалов, а 6Π— постоянный коэффициент, имеющий размерность ° проводимости.
Сопротивление Мк каждого участка канала при малых,по отношению к сумме V и
Ч значениях напряжения U„с достаточной
«К точностью может быть аппроксимировано выражением где R и а — коэффициенты, величины которых определяются технологией изготовления р.п-перехода полевого транзистора 6 и зависят от напряжения смещения Чс перехода.
Увеличению запирающего напряжения смещения соответствует рост величин R и а. Полевым транзистором с каналами р-типа соответствуют положительные а, а полевым транзисторам с каналом и-типа — отрицательные.
Частотная зависимость а, как показывают
".пециально выполненные измерения, при си усоидальном напряжении Оз определяются иотношением
<о
3 +. «7Г k Г6
J где ао — низкочастотное значение а; — частота синусоидального напряжения; 1, — постоянная времени, определяемая б инерционностью процесса установления сопротивления участка канала при изменении напряжения 0„, Если через канал полевого транзистора 6, исток которого подключен к шине нулевого потенциала, протекает ток iK источника с большим внутренним. сопротивлением, а на затвор вместе с напряжением смещения Чс действует налряжение Оз, то сопротивление любого произвольного участка канала определяется не только напряжением U3, но и напряжением О, под которым этот участок канала находится по отношению к шине нулевого потенциала. Напряжение U представляет собой сумму напряжений участков канала, расположенных между истоком и рассматриваемым участком канала, вызванных протеканием через канал тока iK. Величина напряжения О для случаев, когда R>>oCU> и
II
U О0 определяется выражением 0 = JR„3р
4Х где I — .расстояние, от истоков до участка канала длиной di. При этом сопротивление элементарного участка канала равно
5 95 а сопротивление всего канала между контактами истока и стока равно
= % =Ц ы(0 -Р„ s ))a = о р
= К1+о ٠— — сОЦ, 2. К! где 1 -длина канала.
Напряжение между истоком и стоком полевого транзистора равно
1167 6 делителя налряжения 9 в соответствии с условием К = а-1 ЬК, при выполнении коЮ торого А=""К1оО+ "" о" ВФ и не содержит составляющей, пропорциональной квадрату 0 . Подавление напряжения, пропорционального U ; в измерительном преобразователе 5 достигается с помощью введенного в него фильтра 11 низких частот, который также обеспечивает вьщеление среднего
U„,-R„j„=R «„+a О 1 -- ZRD
ЪК 2. к
В измерительном преобразователе 5 выходной ток iso преобразователя 10 напряжение—
15 ток, протекающий через канал полевого транзистора 6, линейно связан с первым входным напряжением 01, причем iso = Здесь к1 p — коэффициент преобразования преобразователя напряжение — - ток 10. Переменное напряжение От, поступающее в цепь затвора транзистора 6 от аналогового сумматора 7, является суммой выходного напряжения Us корректора 8, имеющего ,комплексный коэффициент передачи ке = Kps(1 + j27C f Ã8), и выходного напряжения 0q делителя напряжения 9, имеющего коэффициент передачи к9. При этом U = КдU + + I 30 д„ =k i„=Rl К„U4 +d 4 (К90„+KОЦ ) 40 Таким образом, напряжение исток-сток О„с содержит составляющую, пропорциональную О,, составляющую, пропорциональную квадрату 01 и составляющую, пропорциональную произведению 0> и U2, которая несет информацию об измеряемой мощности. Составляющая, пропорциональная 01, при измерении мощности в цепях, где действуют переменные напряжения, является переменным напряжением и легко может быть подавлена 45 с помощью фильтра. Составляющая, пропорциональная квадрату 01, при измерении мощности в цепях, где действуют синусоидальные / напряжения, представляет собой сумму посто,янного напряжения и переменного напряжения 50 с частотой, в 2 раза превышающей частоту напряжения 0> и входного напряжения измерителя мощности Овх. Так как постоянное напряжение этой составляющей складывается с постоянным напряжением, пропорциональным измеряемои мощности, эта составляю55 щая должна быть подавлена. В рассматриваемом измерительном преобразователе 5 это достигается выбором коэффициента передачи значения напряжения О„пропорционального произведению U и 0, поступающего на вход преобразователя 3 измерительного ситнала в качестве измерительного сигнала, пропорционального активной мощности. Если постоянную времени g корректора 8 сделать равной постоянной времени к<» 6 эффициента а, описывающего изменение сопротивления канала, а относительные температурные йэменения к8 — равными относительным температурным изменениям а, но обратными им по знаку, то будет обеспечены высокая равномерность коэффициента преобра, зования измерительного преобразователя 5 Ug К =— О„О, и его высокая температурная стабильность. В измерителе активной мощности за счет предлагаемого выполнения измерительного преобразователя обеспечивается расширение частотного диапазона до сотен мегаГерц и снижение погрешности до десятых долей процента, поскольку этот преобразователь не содержит электромагнита, имеет корректор частотной и температурной погрешностей, а уровень измерительного сигнала на его выходе в десятки-сотни раз превосходит уро» вень выходного сигнала преобразователей с датчиками Холла. формула изобретения Измеритель активной мощности, содержащий измерительный преобразователь, первый и второй входы которого через преобразователи тока и напряжения подключены к входным шинам тока и налряжения, а выход через преобразователь измерительного сигнала подключен к регистратору, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, измерительный преобразователь состоит из полевого транзистора, делителя напряжения, преобразователя напряжение — ток, корректора, аналогового сумматора и фильтра низкой частоты, причем затвор полевого транзистора через включенные последовательно аналоговый сумматор и корректор подключен к первому входу измерительного преобразователя, второй вход аналогового сумматора соединен с выходом делителя Составитель Т. Краснова Техред А.Ач Корректор И. Муска Редактор Т. Парфенова Тираж 717 Подписное ВНИИПИ Государственного коьпггета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 5936/48 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 напряжения, вход которого подключен к второму входу измерительного преобразователя и через преобразователь напряжение— ток — к стоку полевого транзистора и входу фильтра низкой частоты, выход которого подключен к выходу измерительного преобразователя, исток полевого транзистора соединен с обшей шиной. 951167 8 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США No 2550492, кл. 172 — 247, 1953. 2. Авторское свидетельство СССР N 718797, кл. G 01 R 2108, 26.05.77.
